🗯️ 👧🏽 🤱🏾 Microbiota Historia de los métodos de estudio e investigación. 👲 📟 🆙

Recibimos muchos comentarios sobre el último artículo y decidimos con Atlas complementar la serie con material sobre qué otros métodos de estudio de microbiota son. Al final del artículo, agregaron que debe recordar los estudios de bacterias intestinales de hoy para que no dañen su salud.

Ilustración de Rentonorama.

¿Cómo comenzó el estudio de la microbiota?

La microbiota intestinal se llama un nuevo órgano en el cuerpo humano. Hemos sabido más o menos acerca de otros órganos durante mucho tiempo, pero a finales del siglo XX se supo que las bacterias desempeñan funciones importantes para los humanos. El estudio de la microbiota comenzó en el siglo XVII. El creador del microscopio y el "padre de la microbiología", Anthony Van Levenguk, examinó y describió por primera vez las bacterias en la cavidad oral y las heces.

En 1828, Christian Ehrenberg introdujo el nuevo término Bacterium. En ese momento, estaba estudiando Escherichia coli (Escherichia coli), una especie de bacteria sin esporas. Para las bacterias formadoras de esporas, Christian acuñó el término Bacillus. Este tipo de bacteria fue estudiado activamente por Robert Koch. También reveló la relación entre los representantes patógenos de este género y enfermedades como el ántrax y la tuberculosis.

Ya en el siglo XIX, los investigadores entendieron que la salud humana está estrechamente vinculada a las bacterias. Sin embargo, el estudio completo de la microbiota se hizo posible después del descubrimiento de la tecnología de secuenciación de genes por Frederick Senger. No todas las especies pueden vivir y crecer en placas de Petri, por lo que fue difícil clasificar y determinar las funciones de las bacterias en detalle.

Junto con el desarrollo de la tecnología en los años 70, el microbiólogo Karl Vöze propuso clasificar los microorganismos en base a la secuenciación de la molécula de ARNr de los 16, lo que hace que sea conveniente comparar secuencias de nucleótidos y determinar el grado de afinidad. Según el análisis, Karl dividió todos los microorganismos en arqueas, bacterias y eucariotas. Esta clasificación se usa ahora.

Los eucariotas se distinguen por la presencia de un núcleo, pero las bacterias y las arqueas no. Las arqueas son microorganismos simples unicelulares que viven en condiciones extremas (en géiseres, en el fondo de los mares y océanos). Y son los más antiguos: existen arqueas en la Tierra durante aproximadamente 4 mil millones de años. Además, entre ellos no hay microorganismos parásitos y patógenos, y entre las bacterias existen, aunque no tantos como pensamos, alrededor del 1%.

En el intestino humano, las arqueas producen metano. Además, cuanto más hay, menor es el riesgo de obesidad, pero la relación causal sigue sin estar clara. No todos tienen arqueas y rara vez superan el 1-2%.

Las bacterias viven en una amplia variedad de ambientes y contactamos con ellas mucho más que con las arqueas. Se diferencian en una serie de funciones. Por ejemplo, las bacterias pueden descomponer las moléculas de carbohidratos y producir ácidos grasos, mientras que las arqueas no pueden.

Como estudiar microbiota

Antes de sumergirnos en la investigación, primero refresquemos nuestro conocimiento de ADN, ARN y síntesis de proteínas.

El cuerpo necesita proteínas para funcionar correctamente. Los tejidos de la piel, para mantener una función protectora, requieren uno; Las células de los ojos, para que el órgano funcione correctamente, son diferentes. A veces, diferentes células y tejidos requieren la misma proteína. Para crear proteínas, las células usan el ADN como instrucción.

Primero, se determina el área en la que está contenida la información necesaria. El ADN bicatenario se desenrolla y solo se copia un lado. Luego, el ADN se enrolla y una copia de uno de sus lados (ARN) recoge el ribosoma. Ella lee la secuencia y construye sobre ella una cadena de aminoácidos, que luego toma forma y se convierte en una proteína.

Esto se puede comparar con cocinar según un viejo libro de recetas. Primero, escribimos una receta para no volver a usar el frágil pero valioso libro. Más adelante en la receta, combinamos diferentes productos, como el aminoácido ribosoma, para obtener el plato terminado. Para una célula, un plato es una proteína que utiliza más para sus necesidades. Además de las proteínas, los microorganismos producen otros compuestos, como los ácidos grasos, que se consideran metabolitos.

Para estudiar los microorganismos, se utilizan principalmente cuatro enfoques: metagenómico - investigación de ADN, metatranscriptomía - investigación de ARN, metaproteómica - investigación de proteínas, metabolómica - investigación de metabolitos.

Secuencia metagenómica

Metagenoma: un conjunto de genes de todos los organismos en el entorno estudiado. La esencia de este análisis es la secuenciación del gen 16s rRNA, que es responsable de la operación del ARN ribosómico, o la secuenciación de todo el ADN. Tal estudio responde a las preguntas "¿qué organismos están en la muestra y qué funciones realizan potencialmente?" Hablamos de esta tecnología en detalle en un artículo anterior, ya que la prueba "Microbiota Genetics" se basa en ella.

Por lo general, la investigación de microbiota se refiere a este tipo particular de análisis, porque fue el primero en ser utilizado a gran escala para estudiar bacterias. Después del advenimiento de la tecnología de secuenciación de ADN, los científicos lanzaron un proyecto global para estudiar suelos, mares y aguas termales. Gracias al análisis metagenómico, la base de datos de microorganismos ha crecido exponencialmente. La secuenciación le permite estudiar las bacterias en un entorno natural, mientras que en condiciones de laboratorio, muchas de ellas mueren.

En 2007, investigadores estadounidenses comenzaron un proyecto para estudiar el microbioma del cuerpo humano Proyecto de microbioma humano . Se convirtió en el impulso para un estudio a gran escala de la composición de bacterias intestinales basado en datos metagenómicos. Tras el HMP en Europa en 2008, se lanzó un proyecto similar para estudiar la microbiota humana: MetaHit .

La esencia de los estudios metagenómicos es comprender qué microorganismos viven en la muestra, cuántos hay y qué funciones desempeñan. El análisis no evalúa directamente qué compuestos produce la comunidad bacteriana. Sin embargo, gracias a muchos estudios metagenómicos, podemos predecir esto indirectamente. Por ejemplo, si una persona tiene más productores de bacterias del ácido butírico, su microbiota probablemente lo produce bien.

Los estudios metagenómicos están muy extendidos porque son más fáciles de realizar en comparación con otros métodos. El estudio de ARN, proteínas y metabolitos requiere una purificación de muestra sofisticada y análisis más largos.

Según los datos metagenómicos, tenemos la mayoría de los resultados. Esto se ve claramente sobre la base de todos los artículos científicos y la investigación clínica PubMed. Una búsqueda de microbioma metagenómico arroja alrededor de 4.500 artículos diferentes, una consulta metatranscriptómica de microbioma total 225, microbioma metaproteómico 100, microbioma metabómico 1.600.

Secuencia metatranscriptoma

Una transcripción es la totalidad de todas las moléculas de ARN mensajero (ARNm) que sintetiza una sola célula o grupo de microorganismos. En el análisis de metatranscriptoma, el ARN se estudia directamente y no el gen que lo codifica.

Sucede que hay una bacteria, pero no participa en la vida de la comunidad microbiana: tiene genes inactivos que la molécula de ARN no copia. Los estudios de metatranscriptoma nos permiten evaluar exactamente la parte activa de la microbiota. Sin embargo, la molécula de ARN no es tan estable como el ADN y se descompone rápidamente. Por lo tanto, es más difícil y más costoso aislarlo y guardarlo para su análisis.

A menudo, los estudios de transcriptoma se utilizan para estudiar ciertas funciones genéticas. En este caso, los resultados de una prueba de ARN se verifican contra datos metagenómicos. Entonces los científicos obtienen información más completa sobre el trabajo de los microorganismos. Los estudios de metatranscriptoma de microbioma pueden ser útiles para determinar con mayor precisión el potencial para la síntesis de varios metabolitos.

Metaproteómica

Con este enfoque, se estudian todas las proteínas que están en la muestra. Metaproteomics proporciona información sobre la estructura, funciones y dinámicas de la comunidad microbiana. Los científicos aprenderán más sobre cómo los organismos interactúan entre sí, compiten por la nutrición y producen metabolitos.

Primero, las proteínas se aíslan de la muestra. A menudo, se usa la cromatografía líquida para esto. Luego se realiza un análisis adicional para determinar el peso molecular - la espectrometría de masas. Entonces obtenemos información sobre fragmentos de proteínas (péptidos), pero no sobre la proteína completa. Para recolectar los fragmentos en un solo conjunto, se utilizan programas especiales y los científicos reciben datos listos.

La metoproteómica actualmente es menos popular que los estudios de ADN y ARN. Esto se debe a la complejidad de la investigación y la alta probabilidad de error. Una muestra puede contener muchas proteínas humanas o alimenticias. Sin embargo, la metaproteómica puede ayudar a los científicos a arrojar luz sobre las interacciones entre las bacterias y la interrupción de la microbiota en personas con enfermedades.

La metabolómica

Con este tipo de análisis, se estudian los metabolitos, sustancias que producen las bacterias. Estos pueden ser aminoácidos, lípidos, azúcares, ácidos grasos (incluido el ácido butírico) y otros compuestos. Ahora se describen unos 40,000 metabolitos del cuerpo humano, y todos ellos se registran en una gran base de datos .

Como muestra para el estudio de metabolitos, puede utilizar cualquier líquido del cuerpo humano: sangre, saliva, orina, lavado intestinal (enrojecimiento) e incluso líquido cefalorraquídeo. En promedio, alrededor de 4200 metabolitos están contenidos en el plasma sanguíneo, 3000 en orina, 500 en líquido cefalorraquídeo y 400 en saliva, sin embargo, el lavado se utiliza como biomaterial para estudios de microbiota.

El procedimiento de estudio de metabolitos es similar al análisis de proteínas. Usando la misma cromatografía líquida o gaseosa, los metabolitos se aíslan primero y luego se mide su peso molecular utilizando un espectrómetro de masas.

El estudio de los metabolitos tiene sus limitaciones. Por ejemplo, según este estudio, no podemos determinar exactamente qué metabolitos excretan la microbiota intestinal y cuáles recibimos con los alimentos.

Además, es imposible calcular cuántas bacterias están contenidas en la microbiota. Por lo tanto, para una imagen más completa, los datos sobre los metabolitos están acompañados por los resultados de los análisis metagenómicos. Este enfoque a veces se usa para estudiar cómo la microbiota y sus metabolitos están involucrados en el desarrollo de enfermedades.

Que recordar

Hasta ahora, ningún método de investigación de microbiota se ha utilizado en la práctica clínica habitual. A veces, para obtener una imagen completa, un médico puede recomendar realizar un estudio metagenómico de la microbiota para evaluar la composición de las bacterias intestinales.

Advertimos a los usuarios que la prueba de Microbiota Genetics es solo para fines educativos y está diseñada para personas sanas que estén interesadas en conocer sus bacterias. Si una persona está enferma, podrá averiguar la composición de la bacteria, pero las recomendaciones en este caso no serán relevantes. La microbiota de las personas con enfermedades es muy diferente, y para ellos el perfil "normal" será diferente.

No aconsejamos a los niños que realicen el estudio, porque sus datos de microbiota son mucho menores. Y la intervención innecesaria y limitar la dieta de los niños de acuerdo con los resultados del estudio es potencialmente peligroso, ya que el niño puede no recibir los nutrientes necesarios o puede sufrir un sobrediagnóstico.

Hoy, a los residentes de Rusia y los países de la CEI se les ofrece un estudio de metabolitos de microbiota para niños y adultos utilizando una muestra de sangre o saliva mediante cromatografía de gases y espectrometría de masas. Según sus resultados, según los desarrolladores de este método, es posible evaluar la presencia y ausencia de inflamación en el cuerpo.

Sin embargo, no existen tales recomendaciones en las guías clínicas internacionales. El diagnóstico de inflamación y enfermedad debe realizarse mediante métodos que tengan un alto nivel de evidencia, un cierto grado de sensibilidad, una baja probabilidad de resultados falsos positivos y complicaciones de sobrediagnóstico.

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